Формирующее устройство для фазометра

 

СОКИ СОВЕТСКИХ

MINIIN

РЕСПУБЛИК

9(50 501R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3395937/18-21 (22) 17.02.82 (46) 07.06.83. Бюл. В 21 .(72) A.Ñ. Глинченко, В.И. Кокорин и М.К. Чмых (71) Красноярский политехнический ,институт (53) 621.317.77(088.8) . (56) 1. Галахова С.П. и др. Основы фазометрии„ Л., "Энергия", 1976, с. 141.

2. АвторсКое свидетельство СССР

9 661754, кл. G 01 R 25/00, 1977. (54 ) (57) ФОРМИРУЮЩЕЕ УСТРОИСТВО.ДЛЯ

ФАЗОИЕТРА, содержащее усилитель-ограничитель, стробоскопический преобразователь, вход котс рого подключен к входу устройства, усилитель и формирователь коротких импульсов, подключенный выходом к другому входу стробоскопического преобразователя, выход которого соединен с входом усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что., с целью расширения диапазона рабочих частот, в него введены гене-ратор, первый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок управления с подключенным к его выходу вторим элементом задержки, последовательно соединенные первый элемент задержки, формирователь им, SU„„ 1022069 А пульсов, триггер, суммйруюший счетчик и блок сравнения кодов, последовательно соединенные стандартизатоо уровней, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй реверснвные счетчики, причем вход установки нуля первого реверсивного счетчика соединен с выходом второго элемента задержки, счетный вход второго реверсивного счетчика соединен с выходом блока управления, выходы разрядов второго реверсивного счетчика соединены с вторыми входами блока сравнения кодов, подключенного выходом к второму входу триггера„ счетные входы суммирующего,счетчика и первого реверсивного счетчика подключены к выходу ге-Е нератора, вход стандартизатора уровней соединен с выходом усилителя, выход усилителя-ограничителя подключен к входу первого элемента задержки, входы первого элемента ИСКЛЮЧАЮ-

ЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно- с выходами первого элемента задержки и триггера, а его выход, являющийся выходом устройства, подключен к вхо-: дам блока управления, формирователя коротких импульсов и второму входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход усилителя-ограничителя подключен к входу устройства.

1022069

ti5

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для преобразования входного гармонического сигнала, изменяющегося в широком диапазоне амплитуд, в периодическую импульсную последовательность, фронты и спады которой жестко привязаны к переходам входного сигнала через нулевой уровень.

Известно формирующее устройство, содержащее усилитель-ограничитель и формирователь коротких импульсов.

Такое устройство отличается широким диапазоном рабочих частот, простотой аппаратурной реализации $1).

Однако при изменении амплитуды входного сигнала возникает значительная фазоамплитудная погрешность.

Наиболее близким по техническОй сущности к изобретению является формирующее устройство для фазометра, 29 содержащее последовательно соединенные регулируемый фазовращатель, усилитель-ограничитель и формирователь коротких импульсов, а также последо- . вательно соединенные стробоскопичес-. 25 кий преобразователь, усилитель,синх-. ронный детектор и согласующий блок, причем первые входы регулируемого фазовращателя и стробоскопического преобразователя подключены к входу устройства, выходы формирователя коротких импульсов подключены к двум другим входам стробаскопического преобразователя и являются выхоДами устройства, выход согласующего блока соединен с вторым входом регулируемого фазовращателя, выход усилителяограничителя соединен с вторым входом синхронного детектора.

В данном устройстве осуществляется 4р автоматическая компенсация вносимого усилителем-ограничителем фазового . сдвига при изменении, амплитуды входного сигнала, благодаря чему обеспечивается малая фазоамплитудная погрешность (2) .

Недостаток его — узкий диапазон рабочих частот.

Цель изобретения — расширение диапазона рабочих частот формирующего устройства.

Цель достигается тем, что в формирующее устройство, содержащее усилитель-ограничитель, стробоскопичес- . кий преобразователь, вход которого подключен к входу устройства, усилитель и формирователь коротких импульсов, подключенный выходом к другому входу стробоскопического преобразователя, выход которого соединен с входом усилителя, введены генератор,;60 первый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,блок управления с подключенным к его вы.ходу вторым элементом задержки, последовательно соединенные первый элемент задержки, формирователь импульсов, триггер, суммирующий счетчик и блок сравнения кодов, последовательно соединенные стандартизатор уровней, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй реверсивные счетчики, причем вход установки нуля первого реверсивного счетчика соединен с вы-. ходом второго элемента задержки, счетный вход второго реверсивного счетчика соединен с выходом блока управления, выходы разрядов второго реверсивного счетчика соединены с вторыми входами блока сравнения кодов, подключенного выходом к второму входу триггера, счетные входы суммирующего счетчика и первого реверсивного счетчика подключены к выходу генератора, вход стандартизатора уровней соединен с выходом усилителя, выход усилителя-ограничителя-подключен к входу первого элемента задержки, входы первого элемента ИСКНОЧАЮ4ЕЕ ИЛИ соединены соответственно с выходами первого элемента задержки и триггера, а его выход, являющийся выходом устройства, подключен к входам блока управления, формирователя коротких импульсов и второму входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,вход усилителя-ограничителя подключен к входу устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема формирующего устройства; на фиг.2 — временные диаграммы его работые формирующее устройство содержит последовательно соединенные усилительограничитель 1, первый элемент 2 задержки, формирователь 3 импульсов, триггер 4, суммирующий счетчик 5 и блок 6 сравнения кодов, первый элемент 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, соединенный с первым элементом 2 задержки и триггерои 4, последовательно соединенные стробоскопический преобразователь

8, усилитель 9, стандартизатор 10 уровней, второй элемент 11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 12 и второй 13 реверсивные счетчики, генератор 14, соединенный с суммирующим счетчиком 5 и первым реверсивным счетчиком 12, формирователь 15 коротких импульсов, последовательно соЕдиненные блок 16 управления и второй элемент 17 задержки соединенный с первым 12 и вторым 13 реверсивными счетчиками, вход блока 16 управления соединен с первым и вторым элементами 7 и 11

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и формирователем 15 коротких импульсов, соединенным с стробоскопическим преобразователем 8.

Работа данного устройства основывается на автоматической компенсации вносимого усилителем-ограничите-. лем 1 фазового сдвига путем регулирования временного положения фронтов и спадов выходного сигнала устройст1022069 ва. Регулирующее воздействие формируется по знаку фазы выходного сигнала стробоскопического преобразователя 8, который считывает мгновенные значения входного гармонического сигнала в моменты времени, соответствующие фронтам и спадам выходного сигнала устройства. При этом фаза выходного сигнала стробоскопического преобразователя 8 совпадает с мгновенной фазой входного сигнала, т.е. .его собственная погрешность является пренебрежимо малой. Это обусловлено хорошими частотными свойствами стробоскопических преобразователей, имеющих полосу пропускания до еди° ниц — десятков гигагерц, а также тем, что в установившемся режиме мгновенные значения входных сигналов в точках считывания имеют малые значения и изменяются незначительно относительно нулевого уровня, что практически исключает дополнительную

10!

5 фазоамплитудную.погрешность стробоскопического преобразователя. Таким образом,.с помощью стробоскопического преобразователя 8 осуществляется сравнение фаз выходного и входного сигналов устройства. Поскольку выч ходной сигнал усилителя-ограничителя

1 всегда запаздывает относительно у) входного сигнала, то для компенсации этого запаздывания требуется физически не реализуемая отрицательная задержка ° Поэтому в данном устройстве регулирование временного положения фронтов и спадов выходного сигнала устройства производится относительно

35 нуль-переходов входного сигнала в следующем его полупериоде, т.е. с задержкой во временй на Т/2. Это обеспечивается путем введения дополнительной фиксйрованной задержки на четверть периода сигнала (Т/4) и регулируемой задержки на время

0-Т/2, что эквивалентно общей.задержке, равной T/2 Т/4. При этом задерж-45 ка.относительно нуль-переходов вход-. ного сигнала может регулироваться в обоих направлениях на четверть периода сигнала. В уставившемся режиме компенсирующая задержка. будет 5О равна T/2 -+ з.у-î, где $ з.у-о— время запаздывания усилителя-ограничителя 1.

Итак, выходной сигнала Усилителяограничителя 1 (Фиг.2Ю) задержанный на время, примерно равное Т/4, пер вым элементом 2 задержки (фиг.24) поступает на Формирователь 3 импульсов, где преобразуется в..последовательность коротких импульсов, привяванных к его Фронтам и спадум(Фиг.2Ц, которые периодически устанавливают триггер (фиг.231 в единичное состояние. При этом снимается сигнал сбро,са с входа установки, нуля суммирую- g5 щего счетчика 5, к которому подключен выход триггера 4 и .он начинает считать импульсы (фиг. 26), поступающие на него с генератора 14, период следования которых равен Ьо .

С помощью блока 6 сравнения кодов текущий код суммирующего счетчика 5 сравнивается с выходным кодом второго реверсивного счетчика 13 и в момент их равенства импульс с выхода блока б сравнения кодов (фиг.2Ж) ° устанавливает триггер 4 в нулевое состояние (фиг.2д) и сбрасывает суммирующий счетчик 5 в нуль °

Выходной импульс триггера 4 (фиг. 23) совместно с выходным сигналом первого элемента 2 задержки (фиг. 2б) поступает на первый элемент 7 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. На выходе этого элемента, являющемся выходом устройства,формируется сигнал (фиг. 2 ), задержанный относительно выходного сигнала первого элемента 2 задержки на время, равное длительности выходного импульса триггера 4 и определяемое выходным кодом второго реверсивного счетчика 13. Таким образом, с помощью формирователя 3 импульсов, триггера 4, суммирукяцего счетчика 5, блока б сравнения кодов и второго реверсивного счетчика 13 осуществляется регулируемая .задержка выходного сигнала устройства в пределах половины периода сигнала.

Начальное значение выходного кбда второго реверсивного счетчика 13 устанавливается близким к четверти периода наиболее высокочастотного сигнала (элементы начальной предустановки счетчика не показаны) . При этом задержка выходного сигнала устройства относительно входного гармойического сигнала будет меньше Т/2 и выходной сигнал стробоскопического преобразователя 8 (фнг.2л), считывающего мгновенные значения входного сигнала (Фиг. 2а) в моменты действия импульсов с выходов формирователя

15 коротких импульсов (фиг. 2л), привязанных к Фронтам и спадам выходного сигнала устройства, будет совпадать с ним по фазе. Этот сигнал,усиленный усилителем 9 и стандартизированный по уровням стандартизатором

10 уровней (фиг. 2ц ) совместно с выходным сигналом устройства поступает на второй элемент 11 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Выходной сигнал этого элемента (фиг. 2н) управляет режимом работы первого реверсивного счетчика 12; при логическом уровне сигнала, равном нулю, он работает на суммирование, при логическом уровне сигнала, равном единице — на вычитание. Если выходные сигналы устройства и стробоскопического преобразователя 8 находятся в фазе, то в течение боль1022069 шей части периода этот счетчик будет работать на суммирование счетных импульсов с выхода генератора 14 и зарегистрированное им число будет иметь положительный знак. Время, в течение которого осуществляется накопление информации о знаке фазы, определяется блоком 16 управления, который периодически через второй элемент 17 задержки сбрасывает первый реверсивный счетчик 12 в нуль с периодом, кратным целому числу периодов сигнала (фиг. 2и, сигнал с выхода блока управления следует с периодом, равным одному периоду сигнала) . Одновременно, в зависимости от знака выходного кода первого реверсивного счетчика 12 он увеличивает (если код) О) или уменьшает (если код (О ) на единицу содержимое второго реверсивного счетчика 13. Знак выходного кода пер-. 20 вого реверсивного счетчика 12, соответствующий знаку фазы выходного сигнала стробоскопического преобразователя, определяется состоянием старшего незаполняемого разряда этого 25 счетчика:, если содержимое разряда равно нулю — код положителен, единице — отрицателен (фиг.2о) .

Итак, если выходные сигналы устройства и стробоскопического преоб- 3р раэователя 8 находятся в фазе, содержимое второго реверсивного счетчика 13 увеличивается на единицу и выходной сигнал устройства сдвигается во вРемени на один период ге- 35 нератора 14. Если при этом знак фазы стробоскопического преобразователя не изменится, то при следуюшем опросе блок 16 управления увеличит содержимое второго реверсивного счет- 0 чика 13 еще на единицу, что приведет

40 к увеличению задержки выходного сигнала устройства (фиг.2 ) еще на один период генератора 14. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока суммарная задержка выход-. 45 ного сигнала устройства не достигнет значения Т/2, что. соответствует коду второго реверсивного счетчика 13 (в единицах времени), равному (Т/4

+ з.у-о), длительности выходного им-. 50 пульса триггера 4 (фиг.23) . Дальнейшее увеличение задержки приведет к изменению знака фазы выходного сигнала стробоскопического преобразователя, к изменению знака выходного 55 кода первого реверсивного счетчика.

12. В результате блок 16 управления уменьшит содержимое реверсивного счетчика 13 на единицу и уменьшит задержку выходного сигнала на период 60 генератора 14. Это снова приведет к изменению знака фазы выходного сигнала стробоскопического преобразователя 8 на обратный и появлению нового регулирующего воздействия. В результате наступает динамическое равновесие, при котором фаза выходного сигнала устройства с точностью до погрешности дискретности будет совпадать с фазой входного сигнала (наличие постоянного 180-градусного фазового сдвига не принципиально) .

При изменении частоты или амплитуды входного сигнала изменяется время запаздывания < з.у-о усилителя-ограничителя, которое будет отслеживаться системой регулирования.

Скорость отработки возмущающего воздействия определяется блоком 16 управления, задающим частоту опросов первого реверсивного счетчика 12., являющегося датчиком сигнала. рассогласования, и частоту формирования соответствующих регулирующих воздействий . Для повышения быстродействия системы частоту опросов нужно повышать, производя их, например, в каждом периоде сигнала (фиг. 2и) . Однако при этом снижается помехоустойчивость устройства, поскольку определяемый знак. фазы и соответствуюшее ему регулирующее воздействие в значительной мере будет зависеть от шу- . мов, смешаюших момент перехода через нуль гармонического сигнала, действующего на входе стробоскопического преобразователя 8. Это приведет к увеличению флуктуаций и спадов выходного сигнала устройства. Если опрос производить:через несколько периодов сигнала, то в первом реверсивном счетчике 12 будет иметь место усреднение знака фазы выходного сигнала стробоскопического преобразователя 8,и считываемая с .него информация о знаке фазы будет тем менее подвержена действию шумов, чем больше число усредняемых периодов сигнала.

Так как компенсация фазового сдвига; вносимого усилителем-ограничителем, осуществляется путем регулирования временного положения его выходного сигнала с помощью широкополосных цепей, данное устройство может работать в широком диапазоне частот — от единиц и долей герц до еди» ниц мегагерц без каких-либо коммутаций-, причем верхняя граница определяется быстродействием используемой элементной базы.

Таким образом, благодаря введению новых элементов и связей, частотный диапазон формирующего устройства расширяется в десятки - сотни раз при малом уровне фазоамплитудной погрешности, составляющей десятые сотые доли градуса.

ыиоьэ

10220б9

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4034/37

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н. Areesa

Редактор Н. Гунько Техред I(.йырьо Корректор B. Бутяга